食品分析与检验

食用色素及其检测方法的研究进展

摘要：本文介绍了天然色素和人工合成色素的分类、 来源以及最新研究状况 ,并且介绍了食用合成色素检测方法的最新研究。

关键词：天然色素;合成色素;检测方法; 应用；检测方法；发展趋势

前言

“色素”是表示存在于细胞或组织中产生颜色的正常组分，是人们堆砌相关物质感官质量评价的重要因素之一。就食品而言，不论它的营养、风味和质构如何好，只要色泽不良，人们就不愿接受。食用色素是食品添加剂的重要组成部分，它不仅广泛应用于饮料、酒类、糕点、糖果等饮料食品，以改善其外观品质，而且也应用于医药和化妆品生产。食用色素按其来源可分为天然色素和合成色素两大类。天然色素是无害的，但是经过加工往往失去诱人的光泽，不会有多大的点缀价值；而人工合成色素虽有夺目的色彩，却多有毒性和致癌物。食用合成色素多以苯、甲苯、萘等化工产品为原料,经过磺化、硝化、偶氮化等一系列有机反应化合而成。因此,食用合成色素多为含有R-N=N-Rc 键、笨环或氧杂蒽结构化合物,它们对人体存在一定的不安全性或者产生有害作用。随着人们对健康的关注 ,国际上对食用色素安全问题日益重视。天然色素以其安全、 绿色、 无毒而备受青睐。而合成色素虽然具有色泽鲜艳,稳定性好 ,着色力强 ,适于调色等优点 ,但是随着对它的不断研究发现大多合成色素对人体健康有危害 ,甚至可能导致癌变、 致畸等严重后果。许多国家对食用合成色素的理化性质及安全性做了深入细致的研究 ,明确限定了食用合成色素的使用品种、 使用范围及使用量。各种检测方法相继问世 ,并且日趋完善。

1食用天然色素

食用天然色素是指从植物、 微生物、 动物材料取得的天然食用着色物质。大多是从植物、 微生物、 动物的可食部分用物理方法提取、 纯化的食用着色

剂。食用天然色素按原料来源,可分为植物色素、 动物色素及微生物色素。按色调可分为红紫色系列、 黄橙系列和蓝绿系列。按化学结构可分为类胡萝卜素类、 黄酮类、 花青类、 双酮类等 8类。在 20世纪 80年代天然食用色素在商业上得到了广泛应用。到目前己经取得了巨大的发展。我国天然食用色素从品种、 数量和市场上均有较大增长 ,已成为世界食品色素品种最多的生产和消费大国。在我国 ,许多天然色素有着悠久的历史 ,并一直为人们所喜爱 ,且资源极其丰富。近十几年来国内外研究表明 ,许多天然色素除具有基本的着色性能外 ,还具有一定的生理活性功能 ,如活化免疫细胞、 提高机体免疫力、 抗癌、 抑癌等作用。因此多功能性天然食用色素备受关注 ,成为一个热点。目前 ,国际上允许使用的食用天然色素已达 50多个品种。我国允许使用的食用天然色素品种均已列入到 G B2760 - 2007名单中 ,总共 40多种。它们是β- 胡萝卜素 (发酵法 )、 甜菜红、 姜黄、 红花黄、 虫胶红、 辣椒红、 辣椒橙、 焦糖色 (不加氨生产 )、焦糖色 (亚硫酸铵法 )、 焦糖色 (加氨生产 )、 茶黄素、茶绿素、 柑橘黄、 胭脂树橙 (红木素 /降红木素 )、 胭脂虫红等。

2 食用合成色素

合成色素问世已一百多年，开始仅用于纺织业，以后发展用于食品工业、医药和化妆品工业。人工合成色素的原料主要是煤焦油，因此通常称为煤焦油或苯胺色素。1956～1957年在罗马召开的国际抗癌会议上就指出：一些色素的硝基在人体内可能变为氨基而形成致癌物质的R- 萘胺。全世界50年代至少有100多种合成色素，现已减少到60多种，近年来发现使用的品种至少25 种具有致癌性。目前国际上允许使用的食用合成色素仅29 种，其中最常用的只有7种(亮蓝、靛蓝、绿色3号、赤醉红、酸性红、日落黄、柠檬黄)。美国1907～1971 年先后批准食用合成色素24种，至今只保留了9种，欧盟、日本均为11 种。我国对合成色素的安全使用一直十分重视，至2000 年止,我国批准使用的食用合成色素有21 种,其中最常用的有胭脂红、苋菜红、诱惑红、柠檬黄、日落黄和亮蓝等,使用范围限于饮料、配制酒、糖果、糕点和青梅等,禁止用于肉类、 鱼类水果及其制品(红肠肠衣除外)等。

3食用色素的应用现状

1981年以前，我国政府批准允许使用的食用着色剂总共只有14种，到2004年，在GB2760—1996(包括增补品种)中我国批准允许使用的食用着色剂总计61种，到目前为止，我国已经批准允许生产和使用的食品色素共65种，经过20多年的发展，生产、销售和应用已经具有一定的水平和规模。近年来，我国的食用色素的总产量大约为10 000 t／a，其中，合成色素约1 000 t／a。天然色素约9 000 t／a。天然色素中焦糖色素占80％以上，其余为植物提取物和微生物发酵产物等。但是一些食品企业采用不正当竞争手段超量使用合成色素。2000 年卫生部组织抽检的189 份蜜饯产品中，色素指标不合格产品有24 份。北京市技术监督局抽检的38 种果冻食品，合格率仅为23.7%。2 食用合成色素的检测分析技术近年来，对食用合成色素测定方法的研究，主要有前处理的分离提取技术、纸上层析法、分光光度法、微柱法、高效液相色谱(HPLC) 法、极谱法和紫外- 可见吸收光谱法等，现综述如下。

4食品中合成色素的检测方法

测定食用合成色素除了国家标准规定的高效液相色谱法、 薄层层析法、 示波极谱法外 ,还有分光光度法、 离子色谱法、 液质联用法等。随着分析技术的不断发展 ,越来越多的分析方法会应用于食用色素的检测中。

前处理的分离提取技术

目前国家标准方法GB/ T5009.35 - 1996 推荐的色素的吸附与解吸附方法，花费时间长，步骤烦琐，易造成损失。杨义善采用离心分离法对色素进行吸附与解吸附，方法简便快速，精密度和准确度都能满足测定方法要求，重现性在

1.48%～2.08%，样品加标回收率在90%～105% 之间，较国家标准方法有显著提高。

4 . 1 高效液相色谱法

食品中人工合成着色剂用聚酰胺吸附法或液-液分配法提取,制成水溶液 ,注入高效液相色谱仪 ,经反相色谱分离 ,根据保留时间定性和峰面积比较进行定量。该方法最低检出限可达到 ng级 ,并且重现性好 ,准确度高。鲁莉等用亚铁

氰化钾和乙酸锌 (1: 1)作为蛋白沉淀剂 ,检测海米中合成色素 ,该方法提取效果好 ,回收率高。陈艳等采用70℃ 水浴 20min提取果冻中的色素 ,该方法操作简 单快速 ,回收率为 98 . 5%～100 . 6%。郑家概等检测高脂肪食品中合成色素时 ,在碱性溶液中用正己烷萃取食品中的脂肪 ,分层后移除脂肪层 ,从剩余溶液中提取柠檬黄、 苋菜红、 靛蓝、 胭脂红、 日落黄、 诱惑红、 亮蓝 7种合成色素 ,用 DAD检测。该方法回收率在 92 . 2% ～102 . 1%之间 ,检出限为0 . 1mg/kg。牛晋阳等把肉制品在匀浆器上制成肉糜后 ,用乙醇一氨溶液对色素进行提取 ,同时除去大量蛋白质 ,剩余的少量蛋白质通过改变 pH值和加热的方法使其变性。大量的脂肪在振荡后经离心过滤被除去。提取液在酸性条件下用聚酞胺吸附 ,在碱性条件下解吸附 ,定容制成水溶液上机检测 ,该方法回收率可达到 88 . 5%～99 . 6%。徐明敏等测定果汁中合成色素 ,采用紫外检测器变化波长的方法 ,在 254nm测定柠檬黄、 苋菜红 , 498nm测定胭脂红、 日落黄 , 600nm测定亮蓝 ,以流动相的梯度洗脱 ,一次性地将含有 5种色素的样品分离 ,可以避免杂质在紫外区的吸收对样品测定的干扰 ,保持基线平稳 ,并使胭脂红、 日落黄、 亮蓝的灵敏度得以提高。

4 . 2 薄层层析法

薄层层析法是利用水溶性酸性合成色素在酸性条件下被聚酸胺吸附、 在碱性条件下被解吸的特性 ,将合成色素从食品中提出 ,再用纸色谱或薄层色谱法进行分离 ,并与标准比较定性、 定量的方法。· 5 7 2009年第 4期 Vol . 19 No . 4 检验检疫学刊 JOURNAL OF I NSPECTI ON AND QUARANTI NE薄层色谱可同时进行多个样品的分离 ,能重复测定 ,并且扫描结果或者彩色摄影可以永久保存。与其他色谱法相比较 ,具有设备、 操作简单等优点。

4 . 3 示波极谱法

示波极谱法是以滴汞电极电解合成色素分析样液 ,根据测量电解过程中的电流一电压特性曲线的半波电位或扩散电流进行定性或定量的方法。该方法只适用于成分比较简单的样品 ,对于成分比较复杂的样品 ,由于抗干扰性差 ,严重地影响着合成色素在滴汞电极上产生还原波 ,以致于无法进行测定。辛若竹[ 13 ]等通过大量实验分析 ,确定了样品中天然色素、 脂肪、 增稠剂等为测定的干扰物质 ,样品经除去脂肪、 天然色素、 增稠剂等物质后 ,胭脂红、 苋菜红、 柠

檬黄、 日落黄、 靛蓝在氢氧化铵 - 氯化铵缓冲溶液中 ,于滴汞电极上产生极谱波 ,亮蓝在乙酸缓冲溶液中 ,于滴汞电极上产生极谱波 ,峰高与着色剂的含量成正比。

4 . 4 紫外 -分光光度法

紫外 -分光光度法是利用物质对光的吸收具有选择性 ,应用紫外 -可见分光光度计进行吸收光谱扫描 ,发现不同的食用合成色素具有不同的吸收谱图 ,与标准谱图对照 ,即可直观、 快速地定性 ,且一定浓度下 ,峰高与含量成正比 ,进行定量。该方法具有不分离即直接测定和所需仪器设备简单的优点

。景顺杰等以常见的柠檬黄和胭脂红为例 ,用紫外可见分光光度法进行了饮料中混合色素不经分离同时测定的研究。该方法无需预处理 ,原理、 仪器简单 ,方法操作简单。4 . 5 其他检测方法李帮锐等利用液质联用法同时测定饮料中日落黄、 柠檬黄、 苋菜红、 胭脂红、 赤藓红、 诱惑红、酸性靛蓝和亮蓝 8种人工合成色素。陈悦鸣等利用静电离子色谱法测定食品中的人工合成色素。此外 ,还有微柱法、 纸上层析法、 导数光度法等。

4.5 其它方法

现在，我们在对食用合成色素的检测中，还可用导数光度法，也可以将常用的方法结合起来使用，达到最好的检测效果。随着科学的发展，精密的检测手段将会日趋完善。

5 国外食用合成色素研究进展

目前世界各国都允许一些着色剂用于食品着色，综合各方面资料，目前常用于食品着色的食品着色剂近80 种，其中合成色素连色淀约30 种，天然色素约40 种，另外有机或无机颜料近10 种。就食用合成色素的品种而言，近年来有如下变化趋势：

1) 以安全性为首要考虑因素，不断以毒性小、安全性高的品种取代毒性相对较大、安全性相对较低的品种，甚至禁用某些品种。如过去允许使用的食用合成色素苏丹黄等已因其毒性较大而被列入FAO/ WHO 联合食品添加剂专家委员会发布的《不安全的食品添加剂表》而已被很多国家禁用。又如美国自七十年代末禁用觅菜红而用安全性高的诱惑红取代。

2) 由于食用合成色素的开发周期长，费用高，特别是毒理学研究方面的耗时更长，费用更大，一般估计，开发一个新品种费用多达近百万美元，所以近年来除了美国于七十年代末开发诱惑红并迅速取代其他红色谱食用合成色素外，基本无其它新食用合成色素问世。由于以上1)、2)的原因，近年来食用合成色素的品种呈减少趋势。

3) 由于色淀是用可溶性的母体染料用一定方法制成的不溶性着色剂，除保留母体染料色光鲜艳、色谱齐全等特点外，又有不易被人体吸收有良好着色力和遮盖力等性能，用安全性高的食用合成染料母体即可制得安全性高的食用色淀。有些国家已基本上用食用色淀代替一些颜料而用于油脂、糖衣、胶姆糖中，并广泛用于药品、化妆品中。

4) 作为一种新的科研方向，现已开始用化学方法仿制、合成原来只能从动植物中提取的天然色素，如人工合成日一胡萝卜素，用生物化学新工艺制备红曲红色素等。另据报道，美国已研制出一类新的不能被人体吸收的“聚合色素”，它是将有色化合物与惰性聚合体主干相连，这种高分子化合物可对食品着色，却因分子巨大而不致被人体

肠道吸收，对人体无任何影响。

6 食用合成色素的发展趋势

重点在如何提高合成色素的安全性方面。现已研究出一类新的不被人体吸收的聚合色素，其原理为：人体对物质的吸收在分子量上有一定限制，如分子量大于1000 时，而无法被肠道吸收而直接排出，这样不会或大大降低其对人体的危害。美国Dynapol公司研究使某些发色团固定在某一聚合物上，使其分子量大到足以无法穿过胃肠道翻膜。该公司已研制2 种分子量约3 万的红色色素，一种分子量为13 万的黄色聚合色素。经同位素标记试验证实几乎完全不被人体吸收，而且分别具有类似苋菜红和柠檬黄的光谱特征，其性能类似于对应的水溶性合成色素，且更稳定[15]。食用合成色素是一类非常重要的食品添加剂，它与人们的生活密切相关。研究开发新的食用合成色素，提高质量，降低生产成本，严格色素的卫生管理等，都需要做大量的工作。

7 开发稳定天然色素新技术

天然色素安全可靠，但是因着色力低，对光、热、氧、pH值等的稳定性差

而使其使用范围受到很大的限制，因此，开发稳定天然色素的新技术可以很好的改善这些方面的不足。例如，在天然色素的加工、储藏等过程中加入稳定剂，可以延长天然色素的贮存期，提高天然色素的耐热、耐光等性能；微胶囊技术对改善天然色素的稳定性有着非常重要的作用，应用微胶囊技术可以提高色素的溶解性，有效减少外界环境对色素的影响，减少色素向外界的扩散等等；根据不同色素的不稳定性的表现方式，利用色素之间的差异，综合加以利用，改善色素的稳定性等。目前，天然食用色素的稳定化技术还很不完善，且稳定性受到多种囚素的影响，有待于开发出更加完备、更加先进的技术来提高天然食用色素的稳定性，使得天然色素的应用范同更加广泛。

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